水吸收氨过程填料塔的设计

1学院课程设计说明书作者：学号：系：生命科学与化学工程学院专业：化学工程与工艺题目：水吸收氨过程填料塔的设计指导者：(姓名)(专业技术职务)2010年06月2填料塔设计任务班级姓名学号指导教师一、设计题目水吸收氨过程填料塔的设计二、设计任务及操作条件1、混合气处理量720m3/h，其中含氨为7%（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于0.06%（体积分数），采用清水进行吸收。2、操作压力为常压，操作温度为20℃。该温度下氨在水中的溶解度系数为H=0.725kmol/(m3﹒kPa)。3、每年按330天计，每天24小时连续运行。4、建厂地址江苏淮安三、完成设备图一张。（A3，CAD）3目录1、引言…………………………………………………………………………………………41.1目的要求…………………………………………………………………………………41.2填料塔结构及原理………………………………………………………………………52、塔设计任务及内容…………………………………………………………………………53、确定设计方案………………………………………………………………………………53.1流程图及流程说明………………………………………………………………………53.2填料及吸收剂的选择……………………………………………………………………54、工艺计算……………………………………………………………………………………64、1吸收塔物料横算………………………………………………………………………64、2塔径的计算……………………………………………………………………………74、3填料层的计算…………………………………………………………………………85填料塔压降的计算……………………………………………………………………………106、液体分布器设计……………………………………………………………………………117、填料支撑装置………………………………………………………………………………118、气体的入塔分布……………………………………………………………………………119、设计一览表…………………………………………………………………………………1210、设计小结…………………………………………………………………………………11、参考文献…………………………………………………………………………………12、CAD工程制图…………………………………………………………………………41、言引1.1目的要求1、化工原理课程设计涉及本门课程的主要内容，通过课程设计学生不仅巩固和深化了有关化工过程及设备方面的知识，而且可用它们去分析和解决化工设备在操作、安装、检修等方面的实际问题，以增强学生理论联系实际的观点。2、通过化工原理课程设计使学生建立工程观点和经济观点，使学生具有辨证的科学思维方法。3、通过查阅技术资料、选用公式、搜集数据、讨论工艺参数与结构尺寸间的相互影响等，培养学生分析问题和解决问题的能力。4、提高学生文字表达能力及掌握撰写技术文件的能力。1.2填料塔结构及原理塔体：一般取为圆筒形，可由金属、塑料或陶瓷制成，金属筒体内壁常衬以防腐材料。填料：大致可分为散装填料和规整填料两大类，是传热和传质的场所。塔内件：包括填料支承与压紧装置、液体与气体分布器、液体再分布器以及气体除沫器等。操作原理：液体经塔顶喷淋装置均匀分布于填料上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流动，并与在压强差推动下穿过填料空隙的气体相互接触，发生传热和传质。2、填料塔设计任务及内容混合气处理量720m3/h，其中含氨为7%（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于0.06%（体积分数），采用清水进行吸收。操作压力为常压，操作温度为20℃，该温度下氨在水中的溶解度系数为H=0.725kmol/(m3﹒kPa)。设计内容:1、吸收塔的物料衡算；2、吸收塔填料层压降的计算；3、吸收塔的工艺条件及有关物性数据的5计算；4、吸收塔的相关工艺尺寸计算；5、绘制吸收塔设计条件图。3、确定设计方案3.1流程图及流程说明该填料塔中，氨气和空气混合后，经由填料塔的下侧进入填料塔中，与从填料塔顶流下的清水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。经吸收后的混合气体由塔顶排除，吸收了氨气的水由填料塔的下端流出。（如右图所示）3.2填料及吸收剂的选择该过程处理量不大，所用的塔直径不会太大，可选用16*8.9*1.0聚丙烯阶梯环塔填料，其主要性能参数如下：比表面积at：37032/mm空隙率：0.85干填料因子：16.602m根据所要处理的混合气体，可采用水为吸收剂，其廉价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过程对吸收剂的基本要求。4、工艺计算对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。混合气体的黏度可近似取为空气的黏度。空气和水的物性常数如下：空气：35/205.1)/(065.01081.1mkghmkgsPa水：sPamkgLL53104.100/2.9984、1吸收塔物料横算查表知，20C下氨在水中的溶解度系数)/(725.03kpamkmolH6亨利系数SLHME相平衡常数754.03.10102.18725.02.998PHMPEmSL进塔气相摩尔比为：10.070.07510.07Y出塔气相摩尔比为：20.0030.00322610.07Y对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：02X(清水)混合气体的平均摩尔质量为：____0.071710.072928.16(/)kgkmolM混合气体流量：273172029.949(/)29322.4kmolh混合气体流量：29.949(10.07)27.853(/)Vkomlh最小液气比：1212min*11220.0750.003226()0.7210.07500.754YYYYLYVXXXm取实际液气比为最小液气比的1.5倍，则可得吸收剂用量为：0.72127.8531.530.123(/)Lkmolh121()0.0750.0032260.066360.7211.5VYYXL液气比30.123180.6377201.183LV4、2塔径的计算7混合气体的密度333101.31028.16101.171/8.315293GPMkgmRT采用贝恩-霍根泛点关联式计算泛点速度：20.23118420.2330.2lg[]30.123181.1830.2041.75()()7201.183998.20.4700.33040.33049.810.91998.23.132/132.51.1831.004tGFLLFtGLLFauguagums取泛点率为0.6，即smuuF/879.1132.36.06.0447200.36823.141.8793600SVDum圆整后取0.4Dm泛点率校核：272036001.593/0.7850.4ums1.5930.50853.132Fuu（在0.5到0.8范围之间）填料规格校核：40025816Dd液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为：)/(08.0)(3minhmmLW32/370mmat所以得)/(6.2937008.0)(23minminhmmaLUtW2632min20.78530.12318998.24.31010/()0.7850.4hLUDmmhU84、3填料层的计算查表知，0C，101.3kpa下，3NH在空气中的扩散系数scmD/17.02o由23))((oooTTPPDDG，则293k，101.3kpa下，3NH在空气中的扩散系数为scmDDG/189.0)273293)(3.1013.101(223o液相扩散系数smDL/1080.129液体质量通量为2230.123185499.35/()0.7850.4LUkgmh气体质量通量为227201.1836781.53/()0.7850.4VUkgmh004269.005662.0754.02211mXYmXY脱吸因数为0.7540.69720.7211.5mVSL所以气相总传质单元数为：12221[(1)]110.0750[(10.6972)0.6972]6.770110.69720.0032260OGYYNLnSSSYYLn气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：})()()()(45.1exp{12.0205.0221.075.0tLLLLtLLtLLctwaUgaUaUaa查表知，2/427680/33hkgcmdync所以，8058.0})3709408962.99856.6421()1027.12.99837056.6421()6.337056.6421()940896427680(45.1exp{12.0205.08221.075.0twaa9气膜吸收系数由下式计算：)/(1490.0)293314.8103600189.0370()360010189.0183.1065.0()065.037079.9418(237.0)()()(237.0243147.0317.0kpahmkmolRTDaDaUVtVVVvtVG液膜吸收系数由下式计算：3856.0)2.9981027.16.3()36001080.12.9986.3()6.33708058.056.6421(0095.0)()()(0095.031821932312132LLLLLLwLLgDaU查表得：35.1则haakpahmkmolaawLLwGG16282.12935.13708058.03856.0)/(7991.6135.13708058.01490.04.04.031.11.11.5930.50863.132Fuu所以可以由auuaauuaLFLGFG])5.0(6.21[])5.0(5.91[2.24.1得到1.432.2[19.5(0.50860.5)]61.799162.552/()1[12.6(0.50860.5)]129.6282129.638GLakmolmhkpaah所以3111137.594/()1162.5520.725129.638GGLaaHakmolmhkpa由227.8530.058237.594101.30.7850.4OGYGVHKaVmaP10由0.05826.77010.3940OGOGZHNm1.200.39400.473Zm设计取填料层高度为：mZ5.05填料塔压降的计算采用Eckert通用关联图计算填料层压降横坐标为：0.50.530.123181.183()()0.0227201.183998.2VLVL查表得：1116mP纵坐标为：220.20.21.59311611.1831.0040.03569.81998.2VPLLug查图得，mpaZP/68.274填料层压降为：papaP34.1375.068.2746、液体分布器设计液体在塔顶的初始均匀喷淋，是保证填料塔达到预期分离效果的重要条件。液体分布装置的安装位置，须高于填料层表面200mm,以提供足够的自由空间，让上升气流不受约束地穿过分布器。根据该物系